Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Gehirn vernetzt sich von allein

21.04.2017

Göttinger Neurowissenschaftler widerlegen Lehrsatz zur Hirnentwicklung

Nach der gängigen Lehrmeinung müssen Nervenzellen im Gehirn aktiv miteinander kommunizieren, um funktionsfähige Netzwerke zu etablieren. Mit einem eleganten genetischen Trick haben die Göttinger Neurowissenschaftler Albrecht Sigler und Cordelia Imig vom Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin in Göttingen nun nachgewiesen, dass sich Nervenzellen in wichtigen Hirnregionen auch ganz ohne aktive Signalübertragung miteinander zu normal strukturierten Netzwerken verknüpfen können.


Nervenzelle im Hippokampus der Maus. Verschiedene Typen dendritischer Dornen sind teilweise durch farbige 'Auren' hervorgehoben.

MPI f. experimentelle Medizin

Das menschliche Gehirn verarbeitet Informationen in einem gigantischen Netzwerk von 100 Milliarden Nervenzellen, die über 100 Billionen Kontaktstellen – sogenannte Synapsen – miteinander verbunden sind.

An diesen Synapsen führen elektrische Impulse einer sendenden Nervenzelle zur Freisetzung von chemischen Botenstoffen, die von nachgeschalteten Nervenzellen empfangen und wieder in elektrische Signale umgewandelt werden. Auf diesem Prinzip der chemischen Signalübertragung basiert die Kommunikation aller Nervenzellen, die in Form von Netzwerken für die Steuerung aller Körperfunktionen verantwortlich sind.

Der wichtigste Botenstoff im Gehirn, Glutamat, wird an so genannten „spine“-Synapsen übertragen, deren empfangender Teil aus kurzen Ausstülpungen von Nervenzellfortsätzen besteht - den „spines“ oder dendritischen Dornen. Diese Dornen sind winzige zelluläre Schalteinheiten, die sowohl für die normale Signalübertragung als auch für komplexe Hirnfunktionen wie etwa Lernprozesse von fundamentaler Bedeutung sind. Und ein seit Jahrzehnten geltendes Dogma der Hirnforschung besagt, dass die Ausbildung von Dornen-Synapsen von einer aktiven Glutamat-Freisetzung durch sendende Nervenzellen abhängig ist.

Albrecht Sigler und Codelia Imig, die bei Jeong Seop Rhee und Nils Brose am Göttinger Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin forschen, haben dieses Dogma nun zusammen mit Kollegen des Max Planck Florida Institute for Neuroscience in den USA widerlegt. Mithilfe genetisch veränderter Mäuse, in denen die synaptische Botenstoff-Ausschüttung komplett lahmgelegt ist, konnten sie nachweisen, dass eine normale Entwicklung von Dornen-Synapsen auch ganz ohne Glutamat-Freisetzung erfolgen kann.

„Als wir die Daten zum ersten Mal bei einer Konferenz vorgestellt haben, wollten uns die Kollegen zunächst nicht glauben“, berichtet Imig. Aber die Datenlage ist eindeutig. Albrecht Sigler ergänzt: „Nervenzellen im Hippokampus, einer für Lernprozesse essentiellen Hirnregion, bilden Dornen-Synapsen in normaler Zahl und mit einer normalen Verteilung entlang ihrer Fortsätze, auch wenn es keine Botenstoffausschüttung gibt.“

Es gibt offenbar ein zelluläres Programm im Hippokampus, das die Vernetzung von Nervenzellen in dieser Hirnregion steuert und bei dem synaptische Botenstoff-Signale keine Rolle spielen. Erst das so entstehende Netzwerk bildet dann die Basis für durch Hirnaktivität ausgelöste Veränderungen der Synapsen-Verschaltung. „Aber während der initialen Netzwerk-Entwicklung scheint synaptische Aktivität keine Rolle zu spielen", erklärt Siegler. „Die aus vielen Studien gefolgerte Aktivitätsabhängigkeit der Dornen-Entwicklung wurde schlichtweg überschätzt.“

Originalveröffentlichung:
Sigler, A., Oh, W.C., Imig, C., Altas, B., Kawabe, H., Cooper, B.H., Kwon, H.-B., Rhee, J.-S. und Brose, N. (2017) Formation and maintenance of functional spines in the absence of presynaptic glutamate release. Neuron, 19. April 2017

Kontakt:
Prof. Dr. JeongSeop Rhee
Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin, Göttingen
Telefon: +49 551 3899 694
Fax: +49 551 3899 715
E-mail: rhee@em.mpg.de

Prof. Dr. Nils Brose
Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin, Göttingen
Telefon: +49 551 3899 725
Fax: +49 551 3899 715
E-mail: brose@em.mpg.de

Dr. Harald Rösch | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Insekten teilen den gleichen Signalweg zur dreidimensionalen Entwicklung ihres Körpers
18.10.2019 | Universität zu Köln

nachricht Das Rezept für eine Fruchtfliege
18.10.2019 | Max-Planck-Institut für Biochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die schnellste Ameise der Welt - Wüstenflitzer haben kurze Beine, aber eine perfekte Koordination

Silberameisen gelten als schnellste Ameisen der Welt - obwohl ihre Beine verhältnismäßig kurz sind. Daher haben Forschende der Universität Ulm den besonderen Laufstil dieses "Wüstenflitzers" auf einer Ameisen-Rennstrecke ergründet. Veröffentlicht wurde diese Entdeckung jüngst im „Journal of Experimental Biology“.

Sie geht auf Nahrungssuche, wenn andere Siesta halten: Die saharische Silberameise macht vor allem in der Mittagshitze der Sahara und in den Wüsten der...

Im Focus: Fraunhofer FHR zeigt kontaktlose, zerstörungsfreie Qualitätskontrolle von Kunststoffprodukten auf der K 2019

Auf der K 2019, der Weltleitmesse für die Kunststoff- und Kautschukindustrie vom 16.-23. Oktober in Düsseldorf, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR das breite Anwendungsspektrum des von ihm entwickelten Millimeterwellen-Scanners SAMMI® im Kunststoffbereich. Im Rahmen des Messeauftritts führen die Wissenschaftler die vielseitigen Möglichkeiten der Millimeterwellentechnologie zur kontaktlosen, zerstörungsfreien Prüfung von Kunststoffprodukten vor.

Millimeterwellen sind in der Lage, nicht leitende, sogenannte dielektrische Materialien zu durchdringen. Damit eigen sie sich in besonderem Maße zum Einsatz in...

Im Focus: Solving the mystery of quantum light in thin layers

A very special kind of light is emitted by tungsten diselenide layers. The reason for this has been unclear. Now an explanation has been found at TU Wien (Vienna)

It is an exotic phenomenon that nobody was able to explain for years: when energy is supplied to a thin layer of the material tungsten diselenide, it begins to...

Im Focus: Rätsel gelöst: Das Quantenleuchten dünner Schichten

Eine ganz spezielle Art von Licht wird von Wolfram-Diselenid-Schichten ausgesandt. Warum das so ist, war bisher unklar. An der TU Wien wurde nun eine Erklärung gefunden.

Es ist ein merkwürdiges Phänomen, das jahrelang niemand erklären konnte: Wenn man einer dünnen Schicht des Materials Wolfram-Diselenid Energie zuführt, dann...

Im Focus: Wie sich Reibung bei topologischen Isolatoren kontrollieren lässt

Topologische Isolatoren sind neuartige Materialien, die elektrischen Strom an der Oberfläche leiten, sich im Innern aber wie Isolatoren verhalten. Wie sie auf Reibung reagieren, haben Physiker der Universität Basel und der Technischen Universität Istanbul nun erstmals untersucht. Ihr Experiment zeigt, dass die durch Reibung erzeugt Wärme deutlich geringer ausfällt als in herkömmlichen Materialien. Dafür verantwortlich ist ein neuartiger Quantenmechanismus, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift «Nature Materials».

Dank ihren einzigartigen elektrischen Eigenschaften versprechen topologische Isolatoren zahlreiche Neuerungen in der Elektronik- und Computerindustrie, aber...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

VR-/AR-Technologien aus der Nische holen

18.10.2019 | Veranstaltungen

Ein Marktplatz zur digitalen Transformation

18.10.2019 | Veranstaltungen

Wenn der Mensch auf Künstliche Intelligenz trifft

17.10.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Insekten teilen den gleichen Signalweg zur dreidimensionalen Entwicklung ihres Körpers

18.10.2019 | Biowissenschaften Chemie

Volle Wertschöpfungskette in der Mikrosystemtechnik – vom Chip bis zum Prototyp

18.10.2019 | Physik Astronomie

Innovative Datenanalyse von Fraunhofer Austria

18.10.2019 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics